遺伝子とは何ですか?

遺伝子

イントロ

遺伝子はの機能単位ですデオキシリボ核酸(DNA)個人の特性を発達させるための基本的な情報が含まれています。 転写の過程で、RNAの形の相補的なコピーがDNAの鎖から生成されます。

RNAにはさまざまな種類があります。 タンパク質合成のサブプロセスである翻訳中に、タンパク質のアミノ酸配列がmRNA(メッセンジャーRNA)から読み取られます。 体内では、タンパク質はそれぞれ、特徴を表現できる特定の機能を担っています。 遺伝子の活性状態またはその発現は、個々の細胞で異なって調節することができます。

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Christina Swords、Ph.D。が編集

遺伝子がタンパク質を生成して体内の特定の機能を実行するプロセス。
遺伝子がタンパク質を生成して体内の特定の機能を実行するプロセス。

遺伝子は、染色体の特定の場所にある遺伝形質を持っています。 それらは、生殖を通じて子孫に受け継がれる遺伝情報の保因者です。 何千もの遺伝子からなる細胞の遺伝情報全体をゲノムと呼びます。 ヒトゲノムプロジェクトは、ヒトゲノムの20,000を超える遺伝子を完全に解読することを目的として設立されました。

構造

分子レベルでは、遺伝子は2つの異なる領域で構成されています。

  • RNAの一本鎖コピーが転写によって生成されるDNAのセクション。
  • このコピープロセスの規制に関与するすべての追加のDNAセグメント。

生物の遺伝子の構造にはさまざまな違いがあります。

遺伝子は、タンパク質が翻訳されるmRNAだけでなく、rRNAやtRNAと呼ばれる分子、および細胞内で他の役割を担う他のリボ核酸もコードします。 タンパク質をコードする遺伝子には、このタンパク質のアミノ酸配列の説明が含まれています。 この説明は、化学言語、つまりDNA分子のヌクレオチド配列の形の遺伝暗号で利用できます。

DNAの個々の「チェーンリンク」(ヌクレオチド)は、3つのグループ(トリプレットまたはコドン)にグループ化されており、遺伝暗号の「文字」を表しています。 コード領域、またはアミノ酸配列の記述に直接関与するすべてのヌクレオチドは、オープンリーディングフレームと呼ばれます。 ヌクレオチドは、1部のリン酸塩、1部のデオキシリボース(糖)、および1つの塩基で構成されています。 塩基は、アデニン、チミン、グアニン、またはシトシンのいずれかです。

遺伝子はその構成要素に分解されて示され、翻訳のプロセスを強調しています。
遺伝子はその構成要素に分解されて示され、翻訳のプロセスを強調しています。

転写ユニットの前には、特定の遺伝子の発現を増加させるエンハンサーやプロモーターなどの調節領域があります。 配列に応じて、転写因子やRNAポリメラーゼなどのさまざまなタンパク質がこれらに結合して転写を開始します。 対照的に、 DNAポリメラーゼ細胞分裂中にDNAをコピーします。

直接タンパク質をコードするオープンリーディングフレームに加えて、mRNAには非翻訳の非コード領域が含まれています:5 ‘非翻訳領域(5’UTR)と3’非翻訳領域(3’UTR)。 これらの領域は、翻訳開始を調節し、RNAを分解するリボヌクレアーゼの活性を調節するのに役立ちます。

mRNAの成分には、コーディング領域と非コーディング領域の両方が含まれます。
mRNAの成分には、コーディング領域と非コーディング領域の両方が含まれます。

原核生物の遺伝子は、タンパク質をコードしないRNA転写産物の領域であるイントロンを持たないという点で、真核生物の遺伝子とは構造が異なります。 さらに、いくつかの異なるRNA形成遺伝子セグメントを次々と非常に密接に接続することができます。 これらはポリシストロン遺伝子と呼ばれ、それらの活性は共通の調節エレメントによって調節することができます。 オペロンと呼ばれるこれらのクラスターは一緒に転写されますが、異なるタンパク質に翻訳されます。 オペロンは原核生物に典型的です。

遺伝子は変異する可能性があります。つまり、自発的に、または外部からの影響(放射能など)によって変化します。 これらの変更は、さまざまな場所で行うことができます。 その結果、一連の突然変異の後、遺伝子は対立遺伝子と呼ばれるさまざまな状態で存在する可能性があります。

DNA配列には、いくつかの重複する遺伝子を含めることもできます。 遺伝子重複中に生成されたコピーは、配列が同一である可能性がありますが、それでも異なる方法で制御され、対立遺伝子ではなく異なるアミノ酸配列をもたらします。

遺伝子の構成

すべての生物において、DNAの一部のみがRNAをコードしています。 DNAの残りの部分は非コードDNAと呼ばれます。 これは遺伝子調節において機能し、染色体の構造に影響を及ぼします。

遺伝子が位置する染色体上の位置は遺伝子座と呼ばれます。 さらに、遺伝子は染色体上に均一に分布していませんが、いわゆるクラスターで発生することがあります。 このようなクラスターは、互いに近接してランダムに配置された遺伝子で構成することも、機能的に関連するタンパク質をコードする遺伝子のグループにすることもできます。 ただし、タンパク質が同様の機能を持つ遺伝子は、染色体の異なるペアに配置することもできます。

DNAには、いくつかの異なるタンパク質をコードするセクションがあります。 この理由は、オープンリーディングフレームが重なっているためです。

遺伝子の活動と調節

遺伝子は、その情報がRNAに転写されるとき、つまり転写が行われるときに「アクティブ」になります。 機能に応じて、mRNA、tRNA、またはrRNAが生成されます。 mRNAの場合、タンパク質はこの活動から翻訳することができます。

遺伝子調節は、転写因子と呼ばれるタンパク質をDNAの特定の領域、いわゆる「調節エレメント」に結合および放出することによって起こります。 より大規模な場合、これはDNAセグメントをメチル化または「パッケージング」してヒストン複合体にすることで実現されます。

DNAの調節要素も変動する可能性があります。 遺伝子調節の変化の影響は、タンパク質コード配列の突然変異の影響に匹敵する可能性があります。 遺伝学と表現型を分析することによる古典遺伝学的方法では、遺伝学におけるこれらの突然変異の影響は通常分離することができません。

特別な遺伝子

ウイルスのRNA遺伝子

遺伝子はすべての細胞ベースの生命体にDNAセグメントとして存在しますが、遺伝情報がRNAの形であるウイルスもあります。 RNAウイルスは細胞に感染し、細胞はウイルスRNAの指示に従ってすぐにタンパク質の産生を開始します。 DNAからRNAへの転写は必要ありません。 一方、レトロウイルスは、酵素逆転写酵素を使用して、感染中にRNAをDNAに翻訳します。

偽遺伝子

狭義の遺伝子は通常、直接機能するタンパク質の情報を含むヌクレオチド配列です。 対照的に、偽遺伝子は、その全長で機能性タンパク質をコードしないコピーです。 多くの場合、これらは、選択せずに偽遺伝子に蓄積し、元の機能を失った重複および/または突然変異の結果です。 それにもかかわらず、いくつかは遺伝子活性の調節に役割を果たすように見えます。

ジャンピング遺伝子

それらはトランスポゾンとしても知られており、細胞のDNA内を自由に移動できる遺伝物質の可動部分です。 彼らはゲノム内の元の場所から自分自身を切り取り、他の場所に自分自身を挿入します。 研究者は、これらのジャンプ遺伝子が以前に想定されたように生殖細胞で発生するだけでなく、神経前駆細胞でも活性であることを示しました。

あなたはこれらのリソースから遺伝子についてもっと学ぶことができます:

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